Люди довольно давно научились использовать разнообразные методы извлечения ароматических компонентов из природного сырья. Сначала это были примитивные методы дистилляции, приготовление отваров и настоев, и, наконец, приготовление эфирных масел. Сегодня технологии совершенствуются, используются новейшие растворители и оборудование, но стремления производителей повернулись в противоположную сторону: если раньше, несколько десятилетий назад, производитель работал на количество и парфюмерное качество продукта, то сегодня задача специалистов производить как можно более экологически чистый продукт, максимально натуральный и органический.
Уже длительное время в производстве натуральных ароматических продуктов на основе водно-спиртовой смеси применялся метод перколяции и мацерации. В промышленных масштабах органические растворители используются для твердо-жидкостной экстракции, тогда как для извлечения растительного масла традиционно используют популярный растворитель гексан. Также существует ряд других менее распространённых методов извлечения растительных и эфирных масел, в частности, гидродистилляция, вращающиеся скребковые лопасти и цилиндры, которые прокалывают вакуоли на поверхности цитрусовых фруктов для более эффективного извлечения эфирного масла, холодный отжим и устаревший метод извлечения ароматического компонента из цветов в жир – анфлераж.
Традиционные методы, которые применяются для извлечения ароматического компонента, имеют целый ряд недостатков. В частности, это длительное время экстракции, а также довольно низкий процентный выход готового продукта, применение токсичных и легко возгораемых растворителей, создание нежелательных побочных продуктов. Таким образом, изготовление эфирных масел и прочих ароматических компонентов по традиционным классическим технологиям невозможно считать экологически чистым и безопасным. Если учитывать, что для нужд парфюмерии требуется огромное количество отдушек и ароматических веществ, то можно только представить вред, наносимый производством экологии. Например, для получения половины килограмма абсолюта розы используют гексан, энергетические ресурсы и вода, которая необходима для охлаждения. Для этого количества абсолюта требуется около тонны свежих розовых лепестков.
Используя принципы «зеленой экстракции» ученые и специалисты старались максимально осветит в научной литературе. Были предприняты усилия по поиску экологически безопасных и эффективных процессов экстракции. Чтобы снизить расход энергии, воды и растворителей улучшают тепловой и массоперенос, тогда как при этом деградация минимизируется.
Отличные результаты были достигнуты при использовании экологически чистых растворителей и нетрадиционных технологий. Наиболее эффективно показала себя технология использования сверхкритической флюидной экстракции, в том числе с участием сверхкритического углекислого газа. Также используют методологию экстракции с помощью ультразвука, микроволновых волн, импульсных электрических полей, гидродинимачиская кавитация и ферментативная обработка. Непростой задачей оказался поиск наиболее результативного метода производства качественных биологически активных веществ на основе растительных матриц. Одной из причин возникающих сложностей – это большое экономическое и экологическое воздействие процессов. В настоящий момент в научной литературе упоминается ряд исследований, посвященных нетрадиционным методам экстракции с помощью сверхкритической флюидной экстракции (СФЭ). Таких исследований проведено больше половины от общего числа – 60%. На втором и третьем месте соответственно обозначились методы экстракции ультразвуком и микроволновым излучением.
Помимо указанных выше методов имеет место быть метод извлечения через дефис. В нем используется эффект синергии, сочетающий в себе различные источники энергии. Например, в производстве используется сочетание ультразвука или ротационных гидродинамических кавитаторов с электрическими импульсными полями, ферментативной обработкой, атмосферной плазмой и метода СФЭ. Например, эффективность данного метода показана в процессе воздействия ультразвука при сверхкритической реакции СО2 улучшается итоговый результат и кинетика извлечения кофеина из зерен зеленого кофе.
То совершенно новая тенденция в сфере производства ароматических масел с помощью экстракции. Еще недавно никого не волновало особо воздействие производства на окружающую среду. Сравнивая показатели и степени безвредности и экологической чистоты были выбраны растворителе и из возобновляемых источников. В частности, это сверхкритический СО2, вода, растительное масло и прочие растворители. Одним из новых, потенциально эффективным растворителем, является 2-метилтетрагидрофуран. Его получают различными путями из биомассы. Для того, чтобы экстрагировать в воде природные соединения различной растворимостью, используют специальные природные растворители глубокой эвтектики. Тем не менее, лучшим растворителем является его отсутствие. Также хорошими технологиями являются контролируемое падение давления, криоизмельчение, экструзия и прочие. Ведущей технологией, при которой не используется растворитель – это микроволновая обработка, при которой извлекается свежий растительный материал методом гидродиффузии и гидродистилляции под действием силы тяжести самого сырья. Благодаря объемному диэлектрическому нагреву происходит быстрая дистилляция летучих ароматических веществ и эфирных масел, которые весьма эффективно конденсируются мощным охладителем.
Первостепенное значение для планирования масштабов производства имеет определение критических условий и параметров экстракции в условиях лаборатории и пилотных масштабах. В процессе разработки стратегии тщательно изучается, анализируется и моделируется тепло- и массоперенос и энергопотребление, которое соответствует процессу производства. Для существенного повышения эффективности процессов экстракции и улучшения их устойчивости повсеместно используются гибридные реакторы и вспомогательные технологии. Это существенно облегчает промышленную масштабируемость.
